一種鋇渣解毒方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋇渣解毒方法,按質(zhì)量百分比,在水泥生產(chǎn)過程中添加占水泥生料0.2%~8.0%的鋇渣。本發(fā)明提供的鋇渣解毒方法,使鋇鹽工業(yè)產(chǎn)生的廢物—鋇渣達到再利用的目的,更重要的是使鋇渣徹底解毒,解決其對環(huán)境的污染,尤其是對水質(zhì)的污染;通過該方法同時得到一種含鋇的水泥,與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比,由于鋇的引入使得水泥的抗折強度和抗壓強度得到了明顯的改善(硫鋁酸鋇鈣礦物早期和后期強度均較高,Ba2+進入C2S的晶格使晶體扭曲而導(dǎo)致C2S水化活性的提高),同時對γ射線有強烈的吸收作用,具有一定的防輻射性能。
【專利說明】_種鋇渣解毒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固體廢物處置及水泥材料【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種鋇渣處置,特別涉及一 種水泥窯協(xié)同處置鋇渣的鋇渣解毒方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋇渣是鋇鹽工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體危險廢物,本 申請人:對許多地方的鋇渣進行考 察發(fā)現(xiàn),一是鋇渣基本上是露天堆放,二是鋇渣中可溶性鋇鹽含量高,以BaCl2計總鋇含量 在8 %?60 %,而BaSO4含量為0. 00 %?1. 8 %??扇苄凿^鹽是劇毒化學(xué)物質(zhì),根據(jù)相關(guān)資 料顯示:人的致死量為0. 8克(以BaClJ+ ),攝入0. 8克可因心律紊亂和呼吸麻痹而死亡; 可溶性鋇鹽進入人體會使腎臟受到損害;輕度中毒會引起腹痛、心律不齊、暈眩、痙攣等一 個或多個癥狀;慢性中毒可引起不同程度的四肢麻痹,可有無力、氣促、流涎、口腔粘膜腫脹 糜爛、鼻炎、結(jié)膜炎、腹瀉、心動過速、血壓增高、脫發(fā)等一個或多個癥狀。Ba 2+隨雨水進入土 壤、河流和地下水,被動物、植物和人的機體攝入,對人們的身體健康構(gòu)成極大的威脅。但是 鋇渣的危險性并沒有引起人們的足夠重視,現(xiàn)有的處置鋇渣的方法包括用鋇渣作水泥混合 材、作為加氣混凝土的一個組份、作為粉煤灰砌塊的一個組份或制磚等等。這些方法僅僅是 將鋇渣與其它物質(zhì)簡單混合使用,并不怎么考慮鋇渣的解毒,更有甚者用鉻渣和鋇渣相互 解毒,足見人們并不關(guān)注鋇渣的毒性和對環(huán)境的危害。
[0003] 專利申請?zhí)枮镃N201210002650. 0的申請文件公開了一種鋇渣粉煤灰砌塊及其 生產(chǎn)方法。在申請文件中,其提到在砌塊的組份中加入可溶性或微溶性的硫酸鹽來生成 BaSO4,這種方法解毒看似沒有問題,但事實上幾乎不能生成8&304;本 申請人:將用該專利方 法制成的砌塊烘干、磨細、加鹽酸、加熱溶解制成溶液A,用同樣的方法把鋇渣制成溶液B, 靜置24小時后用定量慢速濾紙過濾……,用這種方法檢測砌塊及鋇渣中的BaSO 4,發(fā)現(xiàn)① 鋇渣中的BaSO4^量很少,②砌塊中的BaSO 4與鋇渣引入到砌塊中的BaSO 4并無差異,說明 在砌塊中沒有BaSO4的生成。難道在鋇渣中除了 BaSO 4再無其它鋇的化合物?為了驗證這 一想法,本 申請人:在溶液A和溶液B中分別加入稀H2SO 4,靜置24小時后用定量慢速濾紙 過濾……,結(jié)果都生成了大量的BaSO4,說明溶液A和溶液B中含有大量Ba 2+,因此可以說 這種"鋇渣粉煤灰砌塊"是有毒的。本 申請人:用不同地方的鋇渣進行了多次試驗,都得到 了同樣的結(jié)論。這種鋇渣粉煤灰砌塊仍然是危險固廢,根本不能用于工程建筑。為進一步 驗證鋇渣不經(jīng)過解毒處理直接用于制磚、制砌塊等處置方法是否可靠,本 申請人:按照《固體 廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》HJ/T299- 2007及《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》 GB5085 · 3- 2007進行了 24組不同配方比例的實驗(磚塊或砌塊組份有粉煤灰、石膏、鋇 渣、水泥、石粉、水等),結(jié)果24組實驗數(shù)據(jù)全部符合這個公式:用鋇渣制成的磚塊或砌塊 鋇浸出濃度~鋇澄中鋇的浸出濃度X鋇澄在磚塊或砌塊中的摻量,從這個公式可以看出 鋇渣沒有得到絲毫解毒。其實道理很簡單,一是制磚制砌塊用水量小、制成成品后水分被 蒸發(fā);二是鋇的存在形態(tài)不都是BaCl 2,還有8&0)3等,三是鋇被包裹在鋇渣中,鋇渣表面的 BaCl2早已被雨水沖洗過,幾乎沒有生成BaS04的可能。其實對鋇渣解毒并不容易,因為Ba2+ 被其它物質(zhì)包裹著,就像對鉻渣解毒十分困難一樣【最近兩三年人們才認識到,鉻渣中的 Cr6+因被其他物質(zhì)包裹,在對鉻渣解毒林林總總的方法中,如果鉻渣不磨細到200目以上, 無論在什么環(huán)境中(熔融狀態(tài)除外)加多少還原劑都達不到解毒的要求】。同樣,如果要對 鋇渣徹底解毒只能磨細、加 HCl或HNO3溶解,再加 SO廣,但這種處理辦法成本非常高。因此 本 申請人:發(fā)明了水泥窯協(xié)同處置鋇渣的鋇渣解毒方法,這種方法不但把鋇渣解了毒,而且 對鋇渣也進行了資源化利用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種利用水泥窯協(xié)同處置來進行鋇 渣解毒的方法。
[0005] 為達到上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0006] 本發(fā)明提供了一種鋇渣解毒方法,按質(zhì)量百分比,在水泥生產(chǎn)過程中添加占水泥 生料0. 2%?8. 0%的鋇渣。本發(fā)明的目的是在達到鋇渣解毒充分的同時,不影響硅酸鹽水 泥熟料產(chǎn)品質(zhì)量的目的。本 申請人:經(jīng)過大量研宄發(fā)現(xiàn),不改變現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線前提條件下, 根據(jù)水泥生產(chǎn)的原料化學(xué)成分的差異,控制生料中鋇渣的添加量在0. 2%?8. 0%的范圍 內(nèi),即可達到上述目的。
[0007] 在上述鋇渣解毒方法中,實施方式之一鋇渣占生料質(zhì)量百分比優(yōu)選為2.0%? 4. 0%〇
[0008] 在上述鋇渣解毒方法中,實施方式之一鋇渣中鋇含量以BaClJ+可以為1 %? 80%〇
[0009] 在上述鋇渣解毒方法中,實施方式之一泥熟料中含鋇物質(zhì)為BaSOjP /或 。2. 75B1.25A3 S。
[0010] 在上述鋇渣解毒方法中,實施方式之一水泥熟料中含鋇物質(zhì)為BaSO4* Q7A25A3 §,其中,BaSOjP C2.75BL25A3 § 的摩爾比為(1 ?3) : (12 ?15)。
[0011] 在上述鋇渣解毒方法中,實施方式之一生產(chǎn)水泥生料的原料除了鋇渣還包括鈣 質(zhì)原料、硅質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料和鐵質(zhì)原料;上述原料占生料質(zhì)量百分比分別為:鈣質(zhì)原料 80%?95% ;硅質(zhì)原料0%?15% ;鋁質(zhì)原料0?15% ;鐵質(zhì)原料0?10%。上述鈣質(zhì)原 料包括石灰石、白堊、貝殼、泥灰?guī)r、電石渣、糖濾泥;鈣質(zhì)原料可以是上述原料中的一種或 幾種,也可以是其它以0 &〇)3或Ca (OH)2S主要成分的其它原料。上述硅質(zhì)原料包括粘土、黃 土、頁巖、千枚巖、河泥、粉煤灰、娃藻土、河砂、砂巖、粉砂巖;娃質(zhì)原料可以是上述原料中的 一種或幾種,也可以是其它以Sio 2S主要成分的其它原料。上述鋁質(zhì)原料包括頁巖、粘土、 爐渣、煤矸石、鋁礬土;鋁質(zhì)原料可以是上述原料中的一種或幾種,也可以是其它以Al 2O3為 主要成分的其它原料。鐵質(zhì)原料包括硫鐵礦渣、硫酸渣、鐵礦石、銅礦渣、氧化鋁赤泥;鐵質(zhì) 原料可以是上述原料中的一種或幾種,也可以是其它以Fe 2O3為主要成分的其它原料。
[0012] 在上述鋇渣解毒方法中,實施方式之一生產(chǎn)過程中,鋇渣與鈣質(zhì)原料、硅質(zhì)原料、 鐵質(zhì)原料及鋁質(zhì)原料按比例配料后,經(jīng)常規(guī)烘干、粉磨制成水泥生料,水泥生料經(jīng)過充分攪 拌后進入水泥系統(tǒng)煅燒即得到含鋇的水泥熟料。含鋇的水泥熟料與石膏、常規(guī)混合材按照 常規(guī)比例配料混合,經(jīng)常規(guī)粉磨后即可制成含鋇的水泥。上述常規(guī)混合材包括活性混合 材和非活性混合材?;钚曰旌喜?,是指磨細后與石灰和石膏拌合,加水后既能在水中又能 在空氣中硬化的物質(zhì),包括具有火山灰性或潛在水硬性的混合材料,如符合GB/T203、GB/ T18046、GB/T1596、GB/T2847標(biāo)準(zhǔn)要求的?;郀t礦渣、?;郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì) 混合材料等;非活性混合材是指與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的物質(zhì),包括活 性指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的潛在水硬性或火山灰性混合材料以及砂巖、石灰石等。除了常規(guī) 混合材外,還可以添加符合JC/T742的規(guī)定的窯灰、助磨劑作為水泥配料,其中助磨劑的作 用是在水泥粉磨時起助磨作用而不損害水泥性能的一種外加劑,助磨劑應(yīng)符合JC/T667的 規(guī)定,加入量不大于水泥質(zhì)量的0. 5%。
[0013] 在上述鋇渣解毒方法中,鋇渣在水泥生產(chǎn)中的解毒原理為:
[0014] (1)鋇渣中的鋇鹽在高溫下分解生成BaO,生料中的以及燃料中的硫元素 在高溫下氧化生成SO 3,在窯內(nèi)發(fā)生的與鋇相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)是CaC03-Ca0+C02, Ca0+S03- CaS04,Ba0+S03- BaS04,Ba0+CaS04- BaS04+Ca0,BaS04+Ca0+Al203- 2. 75Ca0 ·1 ? 25Ba0 ·3Α1203 .SCVBaO+CaO+SiC^- (2-x)Ca0 .xBaO .SiO2,生成的 BaS04-部分固溶在水 泥熟料礦物中,另一部分生成了硫鋁酸鋇鈣礦物[Q75Bh25A3 §,化學(xué)式為2. 75Ca0 · I. 25Ba 0 ·3A1203 ·SO3】。此外,在熔融狀態(tài)下,有少量Ba2+取代硅酸二鈣【C 2S,化學(xué)式為2Ca0 ·SiO2】 礦物中的Ca2+的位置,一般情況下被Ba 2+取代的數(shù)量不足水泥熟料的0. 02%。
[0015] (2)通過本發(fā)明制備的含鋇的水泥水化的最終產(chǎn)物鋇元素全部以BaSO4的形式 存在,而且被固封在水泥混凝土中。這是因為① C2^5B1 25A3 §水化過程是C2 75B1 25A3 § +H2O - 8&504+0八!11(^!13沒有可溶性Ba 2+產(chǎn)生;②固溶有Ba 2+的C 2S水化的過程是C(2_ri BxS+H20 - C-S-H+CH+BH(BH,化學(xué)式為 Ba(OH)2),Ba(0H)2- Ba 2++0F,Ba2++S0廣一 BaSO 4。 由于水泥粉磨時加有3%?6%的石膏,通用硅酸鹽水泥中的S0,一般在2. 76%?3. 96% (以SO3計在2. 3%到3. 3%之間),因熟料在水泥中的占比一般小于80%,所以,在C2S晶格 中的Ba2+在水泥中的占比小于0. 016%,也就是說水泥中的SO廣的物質(zhì)的量最少是水泥水 化產(chǎn)生的Ba2+物質(zhì)的量的247倍至354倍,可以認為水化產(chǎn)生的Ba 2+全部轉(zhuǎn)化成BaSO 4了。
[0016] 本發(fā)明提供的鋇渣解毒方法具有以下有益效果:
[0017] 1、使鋇鹽工業(yè)產(chǎn)生的廢物一鋇渣達到再利用的目的,更重要的是使鋇渣徹底解 毒,解決其對環(huán)境的污染,尤其是對水質(zhì)的污染。
[0018] 2、通過該方法同時得到一種含鋇的水泥,與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比,由于鋇的引入 使得水泥的抗折強度和抗壓強度得到了明顯的改善(硫鋁酸鋇鈣礦物早期和后期強度均 較高,Ba 2+進入C 2S的晶格使晶體扭曲而導(dǎo)致C2S水化活性的提高),同時對γ射線有強烈 的吸收作用,具有一定的防輻射性能。
【具體實施方式】
[0019] 為了更好的了解本發(fā)明的目的和意義,下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說 明。
[0020] 本發(fā)明提供了一種鋇渣解毒方法,按質(zhì)量百分比,在水泥生產(chǎn)過程中添加占水泥 生料0. 2%?8. 0%的鋇渣。
[0021] 本發(fā)明實施例中采用的生產(chǎn)水泥生料的原料為鈣質(zhì)原料80%?95% ;硅質(zhì)原料 0%?15% ;鋁質(zhì)原料O?15% ;鐵質(zhì)原料O?10% ;鋇渣(λ 2%?8.0%。
[0022] 本發(fā)明采用的制備水泥熟料的方法為:通過配料系統(tǒng)將上述原料按比例配料后進 磨機烘干、粉磨至45微米篩余小于35%,或80微米篩余小于20%,200微米篩余小于2% 得生料粉(篩余物主要是硅質(zhì)原料中的結(jié)晶SiO 2);生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后進入預(yù)熱器、 分解爐進行預(yù)熱和熱分解反應(yīng),控制熱生料表觀分解率為90 %?95%,然后進入水泥窯進 行煅燒,煅燒溫度控制在1270°C?1370°C,煅燒時間為18?30分鐘,冷卻后即得到水泥熟 料。
[0023] 進一步的,本發(fā)明利用上述水泥熟料制備硅酸鹽水泥的方法為:以質(zhì)量百分比計, 將水泥熟料+石膏30%?100% (石膏3?6% )、混合材0%?70%通過配料系統(tǒng)配料后 進行粉磨,粉磨細度控制指標(biāo)為:硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥比表面積不小于300m 2/kg, 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥80 μ m方孔 篩篩余不大于10 %或45 μ m方孔篩篩余不大于30%。
[0024] 實施例1 (制備水泥熟料):
[0025] 取石灰石8噸、粘土 1. 5噸、煤矸石0. 45噸、鋇渣0. 05噸混合均勻后烘干、粉磨至 45微米篩余小于35%,得生料粉;生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后依次進入預(yù)熱器(控制預(yù)熱器 Cl溫度310°C )、分解爐(控制溫度870°C )進行預(yù)熱和熱分解反應(yīng),控制熱生料表觀分解 率為95%,然后進入水泥窯進行煅燒,煅燒溫度控制在1270°C,煅燒時間為30分鐘,冷卻后 即得到水泥熟料。
[0026] 實施例2 (制備水泥熟料):
[0027] 取石灰石4. 5噸、泥灰?guī)r4噸、黃土 0. 5噸、河泥0. 5噸、硫鐵礦渣0. 3、鋇渣0. 2噸 混合均勻后烘干、粉磨至80微米篩余小于20%得生料粉;生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后依次進 入預(yù)熱器(控制預(yù)熱器Cl溫度300°C )、分解爐(控制溫度850°C )進行預(yù)熱和熱分解反 應(yīng),控制熱生料表觀分解率為93 %,然后進入水泥窯進行煅燒,煅燒溫度控制在1370°C,煅 燒時間為18分鐘,冷卻后即得到水泥熟料。
[0028] 實施例3 (制備水泥熟料):
[0029] 取石灰石5. 5噸、泥灰?guī)r4噸、硅藻土 0. 2噸、鐵礦石0. 28、鋇渣0. 02噸混合均勻 后烘干、粉磨至200微米篩余小于2%得生料粉;生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后依次進入預(yù)熱器 (控制預(yù)熱器Cl溫度280°C)、分解爐(控制溫度840°C)進行預(yù)熱和熱分解反應(yīng),控制熱 生料表觀分解率為90 %,然后進入水泥窯進行煅燒,煅燒溫度控制在1300°C,煅燒時間為 25分鐘,冷卻后即得到水泥熟料。
[0030] 實施例4 (制備水泥熟料):
[0031] 取石灰石4噸、白堊2噸、貝殼2噸、黃土 0. 5噸、頁巖0. 2噸、爐渣0. 5噸、銅礦渣 0. 3、鋇渣0. 5噸混合均勻后烘干、粉磨至45微米篩余小于30% ;生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后 進入預(yù)熱器(控制預(yù)熱器Cl溫度305°C )、分解爐(控制溫度860°C,)進行預(yù)熱和熱分解 反應(yīng),控制熱生料表觀分解率為95%,然后進入水泥窯進行煅燒,煅燒溫度控制在1350°C, 煅燒時間為20分鐘,冷卻后即得到水泥熟料。
[0032] 實施例5 (制備水泥熟料):
[0033] 取石灰石8噸、粉煤灰0. 5噸、砂巖0. 5噸、鋁礬土 0. 2噸、鋇渣0. 8噸混合均勻 后烘干、粉磨至80微米篩余小于16%得生料粉;生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后依次進入預(yù)熱器 (控制預(yù)熱器Cl溫度300°C )、分解爐(控制溫度850°C )進行預(yù)熱和熱分解反應(yīng),控制熱 生料表觀分解率為92 %,然后進入水泥窯進行煅燒,煅燒溫度控制在1350°C,煅燒時間為 25分鐘,冷卻后即得到水泥熟料。
[0034] 實施例6 (制備硅酸鹽水泥):
[0035] 取實施例1制備的水泥熟料0. 97噸、石膏0. 03噸,混合均勻后進行粉磨至比表面 積彡320m2/kg,即得I型硅酸鹽水泥。
[0036] 實施例7 (制備普通硅酸鹽水泥):
[0037] 取實施例2制備的水泥熟料0. 77噸、石膏0. 03噸、?;郀t礦渣0. 20噸混合均 勻后進行粉磨至比表面積彡320m2/kg,即得普通硅酸鹽水泥。
[0038] 實施例8 (制備礦渣硅酸鹽水泥):
[0039] 取實施例1制備的水泥熟料0. 30噸、石膏0. 05噸、粒化高爐礦渣0. 65噸混合均 勻后進行粉磨至45 μ m篩余< 10%,即得礦渣硅酸鹽水泥。
[0040] 實施例9 (制備火山灰質(zhì)水泥):
[0041] 取實施例3制備的水泥熟料0. 60噸、石膏0. 03噸、火山灰質(zhì)材料0. 37噸混合均 勻后進行粉磨至45 μπι篩余< 12%,即得火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。
[0042] 實施例10 (制備粉煤灰水泥):
[0043] 取實施例4制備的水泥熟料0. 65噸、石膏0. 05噸、粉煤灰0. 30噸混合均勻后進 行粉磨至45 μ m篩余< 12%,即得粉煤灰硅酸鹽水泥。
[0044] 實施例11 (制備復(fù)合硅酸鹽水泥):
[0045] 取實施例5制備的水泥熟料0. 50噸、石膏0. 05噸、煅燒頁巖0. 07噸、粉煤灰0. 07 噸、?;郀t礦渣0. 07噸噸、石灰石0. 24噸混合均勻后進行粉磨至45 μm篩余< 10%,即 得復(fù)合硅酸鹽水泥。
[0046] 實例6?11制備的水泥主要物理和化學(xué)指標(biāo)表如下:
【權(quán)利要求】
1. 一種鋇渣解毒方法,其特征在于,按質(zhì)量百分比,在水泥生產(chǎn)過程中添加占水泥生料 0. 2%?8. 0%的鋇渣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,鋇渣所占生料質(zhì)量百分比優(yōu)選 為 2. 0%?4. 0%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述鋇渣中含鋇量以BaCl 2 計為1%?80%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述水泥熟料中含鋇物質(zhì)為 BaSO4和 / 或 C2.75B1.25A3 S。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述水泥熟料中含鋇物質(zhì)為 BaSOjP Ci75Bn5A^,其中,BaSOjP Q75B125a3§ 丨的摩爾比為(1 ?3) : (12 ?15)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述生產(chǎn)水泥生料的原料還包 括鈣質(zhì)原料、硅質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料和鐵質(zhì)原料;上述原料所占生料質(zhì)量比例分別為:鈣質(zhì)原 料80%?95% ;硅質(zhì)原料0%?15% ;鋁質(zhì)原料0%?15% ;鐵質(zhì)原料0?10%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述鈣質(zhì)原料包括石灰石、白 堊、貝殼、泥灰?guī)r、電石渣、糖濾泥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述硅質(zhì)原料包括粘土、黃土、 頁巖、千枚巖、河泥、粉煤灰、娃藻土、河砂、砂巖、粉砂巖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,所述鋁質(zhì)原料包括頁巖、粘土爐 渣、煤矸石、鋁礬土。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋇渣解毒方法,其特征在于,鐵質(zhì)原料包括硫鐵礦渣、硫酸 渣、鐵礦石、銅礦渣、氧化鋁赤泥。
【文檔編號】C04B7/24GK104496223SQ201510003101
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】陳世紅 申請人:成都凈空環(huán)??萍加邢薰?br>